信号处理装置及检测器的制作方法

本实用新型涉及信号检测的技术领域，尤其是涉及一种信号处理装置及检测器。

背景技术：

对于溶液中的待测离子浓度，通常采用指示电极来进行检测，在检测过程中，指示电极的电位随溶液中待测离子的浓度变化而发生变化，通常，该指示电极与另一对应电极或参比电极组成电池，通过测定电池的电动势或在外加电压的情况下测定流过电池的电流，即可得知溶液中某种离子的浓度。

通常，上述电池产生的电信号的变化波动是比较微弱的，往往会导致对溶液中的待测离子浓度的检测不准确，降低了待测离子浓度的检测效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种信号处理装置及检测器，以缓解上述待测离子浓度的检测不准确的技术问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种信号处理装置，该装置包括：依次连接的信号输入接口、信号处理电路和信号输出接口；信号输入接口与传感器连接，用于接收传感器检测的待测离子浓度的电信号，将电信号发送至信号处理电路；信号处理电路包括依次连接的多级处理电路，对电信号进行多级放大处理，并将放大处理后的电信号通过信号输出接口发送至单片机，以使单片机对电信号进行检测。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述多级处理电路为三级处理电路，包括依次连接的一级放大电路、二级放大电路和三级放大电路，其中，一级放大电路与信号输入接口连接，三级放大电路与信号输出接口连接。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述一级放大电路包括第一放大器芯片；第一放大器芯片包括差分输入接口；传感器检测的电信号通过差分输入接口输入至第一放大器芯片进行放大处理。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述一级放大电路还包括输出调整电路；输出调整电路设置在第一放大器芯片的输出接口，多第一放大器芯片输出的电信号进行调整。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中上述二级放大电路包括第二放大器芯片，对一级放大电路的输出信号进行放大处理；其中，第二放大器芯片的输入端连接有基准电路，基准电路用于为第二放大器芯片提供基准电压。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，上述基准电路为基于基准电压源芯片的基准电路。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，上述三级放大电路包括第三放大器芯片；其中，三级放大电路的放大倍数为一，对二级放大电路的输出信号进行稳定处理。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，上述装置还包括电源输入接口，电源输入接口的一端与信号处理电路，电源输入接口的另一端与电源连接。

结合第一方面的第七种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述装置还包括电源指示灯；电源指示灯所在的电路与电源输入接口连接，以指示电源的连接状态。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种检测器，该检测器包括上述第一方面的信号处理装置，还包括传感器和单片机；传感器、信号处理装置和单片机依次连接；信号处理装置用于接收传感器检测的待测离子浓度的电信号，对电信号进行处理，并将处理的电信号发送至单片机，以使单片机对电信号进行检测。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型实施例提供的一种信号处理装置及检测器，能够在接收到传感器检测的待测离子浓度的电信号之后，通过信号处理电路的多级处理电路对电信号进行多级放大处理，并将放大处理后的电信号通过信号输出接口发送至单片机，以使单片机对该电信号对应的待测离子浓度进行检测，上述采用多级处理电路进行处理的方式，能够对相对微弱的电信号进行处理，并将电信号转换成单片机可识别的信号，由单片机进行检测，有效提高了待测离子浓度检测的准确性，进而提高检测效率。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种信号处理装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种一级放大电路的电路原理示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种二级放大电路的电路原理示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种三级放大电路的电路原理示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种信号处理装置的电路原理示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种检测器的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前，溶液中的待测离子浓度的检测，多采用电位分析法进行测量，电位分析法是用电极电位和浓度的关系来测定物质浓度的一种电化学分析方法，通常，可以借助于测量指示电极与另一支参比电极在溶液中组成测量电池的电动势的方式，然后测量计算出溶液中的待测离子浓度。但是，通常待测离子浓度的变化波动是相对较小的，使得测量电池的电动势变化范围也相对较微弱，往往会导致测量不准确。基于此，本实用新型实施例提供的一种信号处理装置及检测器，可以缓解上述技术问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种信号处理装置进行详细介绍。

实施例一：

本实用新型实施例提供了一种信号处理装置，如图1所示的一种信号处理装置的结构示意图，该装置包括：依次连接的信号输入接口10、信号处理电路20和信号输出接口30。

具体地，信号输入接口10与传感器(图1中未示出)连接，用于接收传感器检测的待测离子浓度的电信号，将电信号发送至信号处理电路20；

信号处理电路包括依次连接的多级处理电路，对电信号进行多级放大处理，并将放大处理后的电信号通过信号输出接口30发送至单片机(图1中未示出)，以使单片机对电信号进行检测。

以上述待测离子浓度为氢离子浓度为例，上述传感器可以为PH传感器，或者是PH检测器，通过检测氢离子浓度实现对溶液中的PH值进行检测，通常上述PH传感器可以是玻璃电极，用对氢离子活度有电势响应的玻璃薄膜制成的膜电极，是常用的氢离子指示电极。它通常为圆球形，内置0.1mol/L盐酸和氯化银电极或甘汞电极。使用前浸在纯水中使表面形成一薄层溶胀层，使用时将它和另一参比电极放入待测溶液中组成电池，该电池电势与溶液中的PH值直接相关，通常，该电池的电位是玻璃电极和参比电极电位的代数和，即E电池＝E参比+E玻璃，如果温度恒定，该电池的电位，将随溶液中的PH变化而变化。因此，可以通过单片机对上述电信号的检测得出溶液的PH值。

具体地，玻璃电极属于膜电极一种，在很宽的PH值范围内，对氢离子(H+)具有特殊的选择性。玻璃电极的下端是由具有氢功能的锂玻璃或者钠玻璃熔融吹制而成的敏感薄膜，呈球形、毛细血管形和圆柱体形等多种形状。一般膜厚在0.1mm左右，电阻值在兆欧数量级。通常，玻璃电极的电位变化与被测溶液中的PH值成以下关系：E＝E0+(2.303RT/F)*PH，式中：E是电极电势；E0是“0”基准点电极电势；R是摩尔气体常数；T是绝对温度；F是法拉第常数。

具体实现时，上述关系的计算过程由单片机执行，本实用新型实施例所述的信号处理装置检测出电信号后，输送至单片机，单片机继续执行后续计检测过程，进而可以检测出PH值，其具体计算过程还可以参考相关资料，并根据实际计算过程进行设置，本实用新型实施例对此不进行限制。

本实用新型实施例提供的一种信号处理装置，能够在接收到传感器检测的待测离子浓度的电信号之后，通过信号处理电路的多级处理电路对电信号进行多级放大处理，并将放大处理后的电信号通过信号输出接口发送至单片机，以使单片机对该电信号对应的待测离子浓度进行检测，上述采用多级处理电路进行处理的方式，能够对相对微弱的电信号进行处理，并将电信号转换成单片机可识别的信号，由单片机进行检测，有效提高了待测离子浓度检测的准确性，进而提高检测效率。

在实际使用时，上述多级处理电路为三级处理电路，包括依次连接的一级放大电路、二级放大电路和三级放大电路，其中，一级放大电路与信号输入接口连接，三级放大电路与所述信号输出接口连接。

为了便于理解，图2示出了一种一级放大电路的电路原理示意图，如图2所示，该一级放大电路包括第一放大器芯片；具体地，该第一放大器芯片包括差分输入接口；传感器检测的电信号通过该差分输入接口输入至第一放大器芯片进行放大处理。

其中，图2中的接口JP1为信号输入接口，具体地，为PH传感器的信号输入接口，芯片U2为第一放大器芯片，芯片U2的引脚3和引脚7为差分输入接口，传感器检测的电信号通过引脚3和引脚7采用差分输入的方式输入至第一放大器芯片，能够有效减少信号的干扰，具体地，该第一放大器芯片可以选用专用芯片，实现对电信号的放大，如型号为INA116PA的放大器，该放大器具有较低的偏置电流，并且，如图2所示，在输入引脚(引脚3和引脚7)可以采用特殊的防护连接方式，并且，在引脚7，即信号输入的一侧支路上还设置有保护电阻R11。

在本实用新型实施例中，该第一放大器芯片采用双路电源供电的方式，即，在正负极的电源引脚均接入电源信号，如图2所示的引脚8和引脚13，其中，引脚8接入-12V电源，在引脚13接入+12V电源，同时，在每个电源引脚还设置有滤波电容，如图2所示的电容C25和电容C26。

进一步，该一级放大电路还包括输出调整电路；该输出调整电路设置在第一放大器芯片的输出接口，对该第一放大器芯片输出的电信号进行调整。具体地，如图2所示的电位器VR3所在的支路，通过电位器VR3对输出信号调整，可以提供给后一级放大电路最优信号，减少放大器对信号的失真。

进一步，本实用新型实施例提供的二级放大电路包括第二放大器芯片，对一级放大电路的输出信号进行放大处理；其中，第二放大器芯片的输入端连接有基准电路，该基准电路用于为第二放大器芯片提供基准电压。

图3示出了一种二级放大电路的电路原理示意图，如图3所示，U3为第二放大器芯片，一级放大电路的信号经电阻R12输入至该第二放大器芯片U3进行二级放大处理，其中，该第二放大器芯片的型号可以为OP27系列的集成电路芯片，也可采用双路电源供电的方式，其正极电源引脚7接入+12V电压，负极电源引脚4接入-12V电压，并且，在电源引脚也分别设置有滤波电容，如图3所示的电容C29和电容C30。在实际使用时，该第二放大器芯片的放大倍数由并联连接的电容C11和电阻R16所在的支路进行控制。

在图3所示的电路原理示意图中，Q5为基准电压源芯片，Q5所在支路为基准电路，因此，该基准电路为基于基准电压源芯片的基准电路。具体地，该基准电压源芯片的型号可以是ICL8069，具体地，该基准电压源芯片可以提供一个1.2V温度补偿的电压参考，有效减少了电信号受温度变化的影响，进一步提高了输出信号的稳定性。具体地，如图3所示，该基准电压源芯片的一端通过电阻R13与第二放大器芯片U3的正极输入引脚3连接，另一端通过电阻R14与-12V的电压源连接。除此之外，该基准电路还包括串联连接的电阻R15和电位器VR5，其连接方式如图3所示。

进一步，图4示出了一种三级放大电路的电路原理示意图，具体地，该三级放大电路包括第三放大器芯片；如图4所示的第三放大器芯片U4，其中，该三级放大电路的放大倍数为一，对二级放大电路的输出信号进行稳定处理。

具体地，图3所示的二级放大电路的输出信号经第三放大器芯片U4的引脚7输入，从第三放大器芯片U4的引脚3输出，并经过电阻R17输送至信号输出接口，其中，JP5为信号输出接口的接线端子，并且，如图3所示，在该信号输出接口处还设置有滤波电容C15。

具体实现时，本实用新型实施例中的第三放大器芯片U4，可以采用型号为ISO124的放大器，该放大器为低成本的精密隔离放大器，二级放大电路输出的信号经该放大器芯片后，由于该三级放大电路的放大倍数为一，使得信号的大小无变化，但是，能够有效提高输出信号的稳定性。具体地，该放大器也采用双路电源供电方式，其正极电源引脚1和引脚5与+12V电压源连接，负极电源引脚2和引脚6与-12V电压源连接，同时，为了提高电路的稳定性，每个正极电源引脚和负极电源引脚均通过一个滤波电容接地，如图4中的电容C17、电容C18、电容C19和电容C20。

为了便于理解，在上述图2～图4的基础上，图5还提供了一种信号处理装置的电路原理示意图，包括上述图2～图4所示的一级放大电路、二级放大电路和三级放大电路。具体地，一级放大电路通过第一放大器芯片U2把玻璃电极微弱的电信号放大输送到下一级放大器，即二级放大电路；电信号从第一放大器芯片U2的11引脚输出，到第二放大器芯片U3的2引脚，电信号经放大后，通过第二放大器芯片U3的6引脚输出至第三放大器芯片U4的7引脚，完成电信号的放大处理过程，将电信号处理成单片机可以检测到的电压值，然后经第三放大器芯片U4的3引脚输入至单片机，实现电信号的检测。

进一步，上述装置还包括电源输入接口，该电源输入接口的一端与信号处理电路，电源输入接口的另一端与电源连接，为上述信号处理装置提供电源，如图5所示的接线端子P2，为电源输入接口的接线端子，上述图2～图4中的±12V电压源，可以通过该电源输入接口接入。

具体地，该装置还包括电源指示灯；电源指示灯所在的电路与电源输入接口连接，以指示电源的连接状态。如图5所示的电源指示灯电路，包括电阻R40和发光二极管D11，具体地，该电源指示灯电路也可以直接使用12V进行供电。

应当理解，图2～图5所示的电路原理示意图仅仅是本实用新型实施例提供的优选形式的电路原理示意图，在实际使用过程中，上述电路图还可以有其他的形式，以实现本实用新型实施例所述的信号处理装置的功能，其具体元器件的型号和参数也可以根据实际使用情况进行设置，本实用新型实施例对此不进行限制。

实施例二：

在上述实施例的基础上，本实用新型实施例还提供了一种检测器，如图6所示的一种检测器的结构示意图，该检测器包括上述实施例所述的信号处理装置600，还包括传感器601和单片机602。

具体地，传感器601、信号处理装置600和单片机602依次连接，信号处理装置用于接收传感器检测的待测离子浓度的电信号，对电信号进行处理，并将处理的电信号发送至单片机，以使单片机对所述电信号进行检测。

本实用新型实施例提供的检测器，与上述实施例提供的信号处理装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的检测器的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。